Мікробна активність темно-каштанового ґрунту в посівах озимої пшениці залежно від застосування добрив
Анотація
Попередження деградації ґрунтів є важливим завданням сучасної аграрної науки. Збереження та примноження корисної ґрунтової мікрофлори є запорукою забезпечення екологічної функції ґрунтів і їх родючості. Метою даної роботи є вивчення динаміки корисної ґрунтової мікрофлори на посівах пшениці озимої під впливом мінеральних добрив та Agrobacterium radiobacter на землях півдня України. Дослідження виконували в трьох разовій повторності в умовах Херсонської області у період 2016-2020 рр. на експериментальних полях Інституту кліматично орієнтованого сільського господарства Національної академії аграрних наук України. Розташування варіантів досліду – систематичне, вивчали наступні фактори: без добрив і Agrobacterium radiobacter; N120P90; N90P60 + Agrobacterium radiobacter; N120P90 + Agrobacterium radiobacter. Вивчення складу мікрофлори у шарі ґрунту 0-30 см виконували у основні фази росту і розвитку пшениці озимої в лабораторних умовах шляхом висівання суспензії на живильні середовища. Статистичний аналіз даних виконували методами дисперсійного, кореляційного та регресійного аналізу. Було встановлено динамічні зміни у складі ґрунтової біоти під впливом досліджуваного фактора. Мінімальну відповідь на внесення мінеральних добрив і бактеріального препарату мали амоніфікуючі бактерії, максимальну – целюлозо-розкладаючі мікроорганізми. Встановлено зменшення чисельності амоніфікуючих бактерій у ґрунті до періоду збирання пшениці озимої, у той час як чисельність нітрифікуючих бактерій і целюлозорозкладаючої мікрофлори істотно зростала. Регресійні моделі прогнозу чисельності нітрифікуючих бактерій і целюлозо-розкладаючої мікрофлори, розроблені на основі експериментальних даних, мають високу точність (похибка склала 3,78 і 7,79 %), і дозволили встановити негативний вплив фосфорних добрив на мікрофлору темно-каштанового ґрунту. Дослідження не має аналогів в Україні та поглиблює теоретичні знанні щодо впливу мінеральних добрив і бактеріального препарату на основі Agrobacterium radiobacter на склад корисної мікрофлори темно-каштанового ґрунту
Ключові слова
амоніфікуючі бактерії; біологічне поліпшення; нітрифікуючі бактерії; целюлозо-розкладаючі бактерії; математичне моделювання
[1] Basavand, E., Khodaygan, P., Moradi, M., Mousavi, S.A., Lindström, K., & Sedaghati, N. (2022). Characterization of Agrobacterium radiobacter, a new pathogen of pistachio. Australasian Plant Pathology, 51(2), 167-174. doi: 10.1007/s13313-021-00831-y.
[2] Borodaj, V., & Parfeniuk, A. (2019). Regulation of phytopathogenic background at use of biological preparations in agro-ecosystems of potato and in conditions of its storage. Bulletin of Agricultural Science, 97(10), 37-43. doi: 10.31073/agrovisnyk201910-06.
[3] Chen, Y., Liu, J., & Liu, S. (2018). Effect of long-term mineral fertilizer application on soil enzyme activities and bacterial community composition. Plant, Soil and Environment, 64(12), 571-577. doi: 10.17221/658/2018-PSE.
[4] Domaratskiy, Y., Berdnikova, O., Bazaliy, V., Shcherbakov, V., Gamaynova, V., Larchenko, O., Domaratskiy, A., & Boychuk, I. (2019). Dependence of winter wheat yielding capacity on mineral nutrition in irrigation conditions of southern Steppe of Ukraine. Indian Journal of Ecology, 46(3), 594-598.
[5] Drobitko, A., Markova, N., Tarabrina, A.M., & Tereshchenko, A. (2023). Land degradation in Ukraine: Retrospective analysis 2017-2022. International Journal of Environmental Studies, 80(2), 355-362. doi: 10.1080/00207233.2022.2160079.
[6] El Attar, I., Taha, K., Oubohssaine, M., Diouf, B., Jenk, H.A., Berraho, E.B., Alami, I.T., & Aurag, J. (2022). Phytobeneficial bacterial inoculants for common bean growth and productivity in nitrogen and phosphorus deficient soils. Pakistan Journal of Agricultural Sciences, 59(2), 157-163. doi: 10.21162/PAKJAS/22.485.
[7] Ferreira, C.S., Seifollahi-Aghmiuni, S., Destouni, G., Ghajarnia, N., & Kalantari, Z. (2022). Soil degradation in the European Mediterranean region: Processes, status and consequences. Science of the Total Environment, 805, article number 150106. doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.150106.
[8] Futa, B., Kraska, P., Andruszczak, S., Gierasimiuk, P., & Jaroszuk-Sierocińska, M. (2021). Impact of subsurface application of compound mineral fertilizer on soil enzymatic activity under reduced tillage. Agronomy, 11(11), article number 2213. doi: 10.3390/agronomy11112213.
[9] Iminov, A.A., Hatamov, S.R.O., & Khayrullaev, S.S.O. (2020). Effect of nitragine and mineral fertilizers on soil microbiological properties in planted as secondary legume crops. The American Journal of Agriculture and Biomedical Engineering, 2(08), 169-172. doi: 10.37547/tajabe/Volume02Issue08-22.
[10] Ishaq, S.L., Seipel, T., Yeoman, C.J., & Menalled, F.D. (2020). Soil bacterial communities of wheat vary across the growing season and among dryland farming systems. Geoderma, 358, article number 113989. doi: 10.1016/j. geoderma.2019.113989.
[11] Khomenko, G., Berdnikov, O., Potapenko, L., Gapon, O., & Lavska, V. (2010). The effectiveness of diazophit application in different fertilization systems at cultivation of spring wheat. Agricultural Microbiology, 10, 116123. doi: 10.35868/1997-3004.10.116-123.
[12] Kong, Y., Ling, N., Xue, C., Chen, H., Ruan, Y., Guo, J., Zhu, C., Wang, M., Shen, Q., & Guo, S. (2019). Long-term fertilization regimes change soil nitrification potential by impacting active autotrophic ammonia oxidizers and nitrite oxidizers as assessed by DNA stable isotope probing. Environmental Microbiology, 21(4), 1224-1240. doi: 10.1111/1462-2920.14553.
[13] Kopittke, P.M., Menzies, N.W., Wang, P., McKenna, B.A., & Lombi, E. (2019). Soil and the intensification of agriculture for global food security. Environment International, 132, article number 105078. doi: 10.1016/j. envint.2019.105078.
[14] Kovalenko, A.M., Kovalenko, O.A., & Piliarskyi, V.G. (2020). Yield of crops of short-rotation crop rotation under conditions of application of microbial preparations in the Southern Steppe of Ukraine. Agrarian Innovations, 1, 52-56. doi: 10.32848/agrar.innov.2020.1.8.
[15] Liu, Z., Xie, W., Yang, Z., Huang, X., & Zhou, H. (2021). Effects of manure and chemical fertilizer on bacterial community structure and soil enzyme activities in North China. Agronomy, 11(5), article number 1017. doi: 10.3390/agronomy11051017.
[16] Lykhovyd, P.V., & Kozlenko, Ye.V. (2018). Assessment and forecast of water quality in the River Ingulets irrigation system. Ukrainian Journal of Ecology, 8(1), 350-355. doi: 10.15421/2018_221.
[17] Lykhovyd, P.V., & Lavrenko, S.O. (2017). Influence of tillage and mineral fertilizers on soil biological activity under sweet corn crops. Ukrainian Journal of Ecology, 7(4), 18-24. doi: 10.15421/2017_81.
[18] Ma, Q., Wen, Y., Wang, D., Sun, X., Hill, P.W., Macdonald, A., Chadwick, D.R., Wu, L., & Jones, D.L. (2020). Farmyard manure applications stimulate soil carbon and nitrogen cycling by boosting microbial biomass rather than changing its community composition. Soil Biology and Biochemistry, 144, article number 107760. doi: 10.1016/j. soilbio.2020.107760.
[19] Malashevskyi, M., Palamar, A., Malanchuk, M., & Bugaienko, O. (2020). The possibilities of sustainable land use formation in Ukraine. Geodesy and Cartography, 46(2), 83-88. doi: 10.3846/gac.2020.7480.
[20] Mishra, A., & Singh, D. (2020). Role of soil fauna: En route to ecosystem services and its effect on soil health. In Phytobiomes: Current insights and future vistas (pp. 105-126). Singapore: Springer. doi: 10.1007/978-981-153151-4_5.
[21] Panagos, P., Standardi, G., Borrelli, P., Lugato, E., Montanarella, L., & Bosello, F. (2018). Cost of agricultural productivity loss due to soil erosion in the European Union: From direct cost evaluation approaches to the use of macroeconomic models. Land Degradation & Development, 29(3), 471-484. doi: 10.1002/ldr.2879.
[22] Peel, M.C., Finlayson, B.L., & McMahon, T.A. (2007). Updated world map of the Köppen-Geiger climate classification. Hydrology and Earth System Sciences, 11, 1633-1644. doi: 10.5194/hess-11-1633-2007.
[23] Pereira, P., Bašić, F., Bogunovic, I., & Barcelo, D. (2022). Russian-Ukrainian war impacts the total environment. Science of the Total Environment, 837, article number 155865. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.155865.
[24] Rawtani, D., Gupta, G., Khatri, N., Rao, P.K., & Hussain, C.M. (2022). Environmental damages due to war in Ukraine: A perspective. Science of the Total Environment, 850, article number 157932. doi: 10.1016/j. scitotenv.2022.157932.
[25] Ren, F., Sun, N., Xu, M., Zhang, X., Wu, L., & Xu, M. (2019). Changes in soil microbial biomass with manure application in cropping systems: A meta-analysis. Soil and Tillage Research, 194, article number 104291. doi: 10.1016/j.still.2019.06.008.
[26] Scheffe, H. (1999). The analysis of variance (Vol. 72). New York: John Wiley & Sons.
[27] Shao, H., Chu, L., Lu, H., Qi, W., Chen, X., Liu, J., Kuang, S., Tang, B., & Wong, V. (2019). Towards sustainable agriculture for the salt-affected soil. Land Degradation & Development, 30(5), 574-579. doi: 10.1002/ldr.3218.
[28] Sharma, A.K. (2005). Textbook of correlations and regression. New Delhi: Discovery Publishing House.
[29] Sintia, M., Rahman, M.M., Khanom, A., Huq, M.A., Ali, M.Y., Rauf, M., Banu, N.A., Biswas, S.K., & Azad, M.A.K. (2021). Differential response of the nitrifying microbes and net nitrification rates (NNRs) between different cereal and legume crop soils with chemical fertilization. Arabian Journal of Geosciences, 14, article number 1857. doi: 10.1007/s12517-021-08250-5.
[30] Sumbul, A., Ansari, R.A., Rizvi, R., & Mahmood, I. (2020). Azotobacter: A potential bio-fertilizer for soil and plant health management. Saudi Journal of Biological Sciences, 27(12), 3634-3640. doi: 10.1016/j.sjbs.2020.08.004.
[31] Tang, H., Li, C., Xu, Y., Cheng, K., Shi, L., Wen, L., Li, W., & Xiao, X. (2021). Effects of fertilizer practice on fungal and actinobacterial cellulolytic community with different humified particle-size fractions in double-cropping field. Scientific Reports, 11, article number 18441. doi: 10.1038/s41598-021-97975-0.
[32] Tokmakova, L., Trepach, A., Shevchenko, L., Larchenko, I., Lepeha, O., & Haitova, N. (2019). Assimilation of phosphorus by plants of corn at presence of phosphate mobilizing bacteria. Bulletin of Agricultural Science, 97(7), 14-19. doi: 10.31073/agrovisnyk201907.
[33] Tong, Z., Wang, L., Wang, Y., Li, X., & He, F. (2023). Effects on soil bacterial organisms in an alfalfa monocropping system after corn insertion and nitrogen fertilization. Agronomy, 13(1), article number 253. doi: 10.3390/ agronomy13010253.
[34] Wang, H., Zhang, D., He, J., Wang, L., Ren, J., Zhang, S., Bai, W., Song, J., Lv, G., & Li, J. (2022). Changes in soil properties, bacterial communities and wheat roots responding to subsoiling in south loess plateau of China. Agronomy, 12(10), article number 2288. doi: 10.3390/agronomy12102288.
[35] Wang, J., Li, R., Zhang, H., Wei, G., & Li, Z. (2020). Beneficial bacteria activate nutrients and promote wheat growth under conditions of reduced fertilizer application. BMC Microbiology, 20, article number 38. doi: 10.1186/ s12866-020-1708-z.
[36] Zanganeh, F., Heidari, A., Sepehr, A., & Rohani, A. (2022). Bioaugmentation and bioaugmentation–assisted phytoremediation of heavy metal contaminated soil by a synergistic effect of cyanobacteria inoculation, biochar, and purslane (Portulaca oleracea L.). Environmental Science and Pollution Research, 29(4), 6040-6059. doi: 10.21203/rs.3.rs-439162/v1.
[37] Zhang, P., Sun, J., Li, L., Wang, X., Li, X., & Qu, J. (2019). Effect of soybean and maize rotation on soil microbial community structure. Agronomy, 9(2), article number 42. doi: 10.3390/agronomy9020042.